Η επίδραση του ανέμου στη δυναμική συμπεριφορά υψηλών κτιρίων

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η έρευνα γύρω από το φαινόμενο του ανέμου στην απόκριση των ψηλών κτιρίων. Η δράση του ανέμου υποβάλει τα ψηλά κτίρια σε σημαντικές μετακινήσεις, οι οποίες ενδέχεται να καταστούν μοιραίες για την ίδια τη δομή αλλά και για την ανθρώπινη ζωή. Εξετάστηκαν συνολικά δώδεκα μοντέλα διαφορετικού ύψους και φέροντος οργανισμού, μέσω του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων ANSYS Mechanical 2021. Αρχικά, αναφέρονται τα γενικά χαρακτηριστικά του ανέμου, ως προς την πολυπλοκότητα της ροής του, την αλληλεπίδρασή του με τις κατασκευές και την αντίληψη των ανθρώπων. Έπειτα παρατίθενται οι βασικές διατάξεις του Ευρωκώδικα 1 – Μέρος 4, βάσει του οποίου υπολογίστηκαν λεπτομερώς οι ισοδύναμες στατικές δυνάμεις του ανέμου (μέσω υπολογιστικών φύλλων) στις παρακάτω αναλύσεις. Στη συνέχεια εξετάζεται η δυναμική φύση του ανέμου μέσα από παραδείγματα ψηλών κτιρίων αλλά και υφιστάμενων παγκοσμίως, διαφορετικών δομικών υλικών και συστημάτων. Τα πρώτα συμπεράσματα έδειξαν την αυξημένη σημασία της κατηγορίας δομικού υλικού και της διάταξης του φέροντος οργανισμού στην απόκριση των ψηλών κτιρίων. Επιπλέον γίνεται μία αναφορά στην περίπου ιδανική κατασκευή για την διαχείριση των ιδιαίτερων δομικών απαιτήσεων των ψηλών κτιρίων. Τα υπό ανάλυση κτίρια σκυροδέματος έχουν ύψη 100, 120, 140 m και ως σύστημα ένα απλό πλαίσιο και τρεις διαφορετικές περιπτώσεις εφαρμογής διατμητικών τοιχίων. Μέσω της ισοδύναμης στατικής ανάλυσης που πραγματοποιήθηκε για κάθε ένα από τα μοντέλα, υπολογίζονται οι μέγιστες μετακινήσεις κατά μήκος του ανέμου. Έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των τεσσάρων συστημάτων και των διαφορετικών συνολικών υψών, όπου παρατηρήθηκαν ορισμένες σημαντικές διαφορές. Το σύστημα των πλαισίων εμφάνισε τις μεγαλύτερες μετακινήσεις, όπως ήταν αναμενόμενο λόγω μειωμένης δυσκαμψίας. Αντίθετα με την τοποθέτηση των τοιχίων, τα οποία είναι στοιχεία που αυξάνουν τη δυσκαμψία, μειώθηκε η απόκριση, με την καλύτερη περίπτωση όταν αυτά βρίσκονται στο κέντρο των κτιρίων.